基于统计方法的NOPD耗能机理定量分析

非阻塞性微颗粒阻尼（NOPD）是在传统颗粒阻尼和冲击阻尼技术基础上发展起来的新型阻尼技术。本文从湍流物理模型出发,基于统计方法定量分析了NOPD技术的耗能机理。经分析认为,高频振动中的NOPD颗粒群其运动状态和湍流运动相似,故引入Kolmogorov的局部各向同性假设,得到NOPD的结构函数表达式及能谱密度表达式。研究结果表明,同种材料,相同颗粒直径情况下,能量耗散率随颗粒群体积比的增加而增大;相同颗粒群体积比时,能量耗散率随颗粒直径的增加而增大。统计方法的引入,为NOPD的工程应用提供了一种有效的定量分析方法。     

颗粒物质流变学行为和材料参数对颗粒阻尼器能量耗散的影响

颗粒阻尼技术(NOPD),作为一种简单有效的振动控制手段被广泛应用于各种场合。基于离散单元法仿真,结合NOPD中颗粒系统的运动状态对阻尼效果进行分析,探究不同振动条件对阻尼性能的影响,从细观尺度阐述颗粒系统的能量耗散机理。并通过正交试验,考察颗粒的密度、剪切模量、恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数等材料参数对损耗因子的影响。研究结果表明,颗粒系统表现出不同运动状态时的流变学行为及细观结构导致了阻尼效果的变化,颗粒系统在浮力对流状态时表现出最优的阻尼效果。不同的颗粒材料参数在不同颗粒系统运动状态条件下对系统阻尼的影响程度不同。     

NOPD的椭球状散体元建模

提出了能模拟不同颗粒形状的微颗粒组合体的椭球状散体元模型,从理论上解决了椭球单元的接触判断及运动学、动力学问题。采用该模型对NOPD复合阻尼结构进行了动力学计算,计算结果与实验结果具有很好的一致性,为进一步研究NOPD的阻尼机理提供了一种理论分析方法。     

颗粒碰撞阻尼器特性仿真分析与试验验证

引入颗粒碰撞阻尼器的耗散功率效率和有效动态质量的概念。基于稳态能量流法和EDEM仿真介绍颗粒阻尼器耗散功率效率、有效动态质量和等效黏性阻尼系数的确定方法,并利用颗粒阻尼器和附带阻尼器的简支梁的谐和强迫振动试验,验证颗粒阻尼器的减振效率以及特性参数测定、EDEM仿真分析的正确性。基于EDEM仿真技术,研究颗粒群质量、颗粒填充间隙、激励频率和阻尼器振动位移等主要参数对颗粒阻尼器耗散功率效率的影响,并得到相应的主设计曲线,可供有关设计人员参考。     

弯扭耦合影响的MEMS扭转谐振器件中的热弹性阻尼

热弹性阻尼作为一种基本的能量耗散机理,对高质量因数的MEMS谐振器件有着重要的影响。因为纯扭转振动不产生热弹性能量耗散,所以过去很少有文献涉及到扭转器件中热弹性阻尼。但是,静电驱动的扭转谐振器件中通常存在弯扭耦合现象,其中弯曲振动的部分不可避免的产生热弹性阻尼。针对具有弯扭耦合的MEMS扭转谐振器件,给出一种热弹性阻尼解析模型。首先考虑弯扭耦合效应,利用MEMS扭转谐振器件的静态平衡方程和动力学方程,得到线性振动方程,然后根据热传导方程和LR理论推导出热弹性阻尼的解析模型。将解析模型与FEM仿真结果及实验数据比较,证实了理论的可行性并揭示了热弹性阻尼在内部耗散中的重要性。通过对解析模型特性的研究,分析了谐振器件几何尺寸对热弹性阻尼的影响关系。     

垂直激振条件下二元颗粒的能量损耗

为提高振动条件下颗粒体系能量耗散水平,设计二元颗粒阻尼器的悬臂梁振动实验,采用稳态功率流法计算颗粒体系功率损耗,分析垂直激振条件下的二元颗粒体系处于分层和混合状态下的流动形态和能耗水平。结果表明:第2颗粒的引入增加颗粒体系内部的不均匀性,加剧颗粒体系的碰撞和摩擦作用,二元颗粒在分层或者混合情况下,能耗水平均高于一元颗粒;分层时,不同的粒径配比对应不同的能耗水平,粒径比为1. 67时有最优能耗;质量较小的颗粒处于底层或者质量较小的颗粒有更多质量占比时,颗粒体系有更好的能量耗散效果;混合时,颗粒混合程度不影响能量损耗,二元混合颗粒在大振幅和高频率激振条件下相对一元颗粒有更显著的能耗提升效果,较小颗粒最优质量占比随振幅的提高而增大。     

一种基于粘性耗散的动态黏度计算方法

基于剪切功率的耗散机理,提出了一种计算振动剪切流场中聚合物熔体动态黏度的粘性耗散法,并建立了理论模型。运用粘性耗散法,计算了简单振动剪切流场中Maxwell流体的动态黏度,得到了与传统方法相一致的结果,从而验证了理论模型的正确性。通过讨论振动叠加流场中Maxwell流体的动态黏度,分析了粘性耗散法的应用局限性。最后,通过动态流变实验,发现粘性耗散法对于小振幅范围的振动剪切流具有较好的预测能力。     

内蕴时间理论用于NOPD板结构响应计算的研究

非阻塞性微颗粒阻尼（NOPD）是一种在传统颗粒阻尼和冲击阻尼技术基础上发展起来的适用于恶劣环境的复合阻尼新技术，具有良好的减振效果，本文利用内蕴时间理论对NOPD板结构响应进行了分析，并在此基础上进行了仿真计算和实验验证，结果表明，将内时理论应用于NOPD结构响应计算分析是可行的，为NOPD的工程应用提供了一种有效的分析方法。     

粗糙界面法向接触振动响应与能量耗散特性研究

粗糙界面的法向接触振动与能量耗散特性对描述界面动力学机理具有重要的理论和实际意义。本文通过建立粗糙界面法向接触振动的动力学模型,提出了其法向接触振动响应特征量和振动能量耗散量的计算方法。基于粗糙表面的三维分形模型描述,构造了粗糙界面的接触力-变形关系式,并与Hertz接触模型的力-变形关系进行了对比分析;建立了粗糙界面接触振动系统的动力学方程,计算了不同表面形貌粗糙界面系统每周期的振动能量耗散率和累计能量耗散率;分析了粗糙界面法向接触振动的响应特征与能量耗散特性,从理论上对界面法向微动能量耗散的实验结果进行了解释,为描述接触界面的动力学机理提供了理论依据。     

利用子空间法识别统计能量分析参数

利用统计能量分析进行高频动力学环境响应预示的关键步骤之一是确定可靠的统计能量分析参数。该文研究了基于子空间的统计能量分析一阶功率流模型辨识和模型修正理论,基于多变量输出误差状态空间(MOESP)算法和约束优化思想,提出一种利用子空间法识别统计能量分析参数的新方法。通过算例对该方法进行了仿真验证,结果表明方法可行并具有较好的抗噪性能。最后,对L 型板结构进行了实验统计能量分析,比较了子空间方法和功率输入法结果,两者吻合很好,从而进一步验证了子空间方法的正确性。该文验证了利用瞬态时域数据进行统计能量分析模型修正和参数识别的可行性,也是对实验统计能量分析的补充和发展。     

一种船舶舷侧外板骨材抗撞性能解析预报模型

以典型的船舶舷侧外板上的骨材为研究对象,运用塑性力学理论及数值仿真技术,分析了舷侧外板上骨材在遭受带有球鼻艏的船舶撞击场景下的变形损伤机理。研究中应用LS_DYNA仿真模拟得到舷侧外板上骨材的变形模态和能量耗散结果,在此基础上建立起骨材塑性变形的几何数学模型。运用塑性力学理论,获得舷侧外板上骨材在变形过程中的能量损耗和平均变形阻力的解析计算公式。研究中应用数值仿真结果进行验证。研究得到的舷侧外板骨材变形损伤的解析计算公式,对船舶舷侧抗撞性结构设计和耐撞性能评估都具有一定的参考价值。     

基于功率流的结构主动控制方法

功率流表示单位时间内外力作功或结构耗散能量的能力，它是一个理想的反应结构振动或外力大小的物理量。本文分析了三种基于功率流的结构控制策略，并首先分别推导出了它们的控制算子的一般表达式，然后通过将建筑结构简化为单自由度模型说明了它们在减小结构动力响应方面的机理，最后给出了在简谐激励下结构响应的数值计算结果。     

超高性能水泥基复合材料弯拉作用下虚拟应变硬化机制分析

根据 Tjiptobroto 的工作 , 假设初始裂纹为最终失效裂纹 , 引入非初始裂纹纤维基体间的部分剥离能耗散项和单位失效面上随机纤维有效根数 , 依据初始裂纹总耗散能与非初始裂纹耗散能的平衡准则 , 研究了水泥基复合材料的多裂纹扩展失效机制。根据超高性能水泥基复合材料特性 , 修正和简化了各能量耗散项 , 建立了基于能量平衡准则的超高性能水泥基复合材料多裂纹开裂失效机理的理论模型 , 用以预报该材料的裂纹扩展规律。数值预报了 Tjiptobroto 实验模型的多裂纹扩展数目和能量耗散项 , 并与其实验结果进行了对比 , 吻合较好。表明对具有高弹模钢纤维的超高性能水泥基复合材料引入部分剥离能项是必要的。本文中的理论模型也可作为超高性能水泥基复合材料初裂承载能力和极限承载能力预报的理论参考。      

基于行波法的多板耦合结构振动功率流研究

通过引入局部坐标,离散波幅系数矩阵,组装状态向量矩阵,建立了离散板的行波法通用表达式,该表达式的提出可以将行波法的研究对象由简单结构推广到多板耦合结构。自编行波法MATLAB程序计算结构的稳态响应,将行波法半解析结果与有限元数值结果进行对比,验证了提出的行波法通用表达式计算多板耦合结构的有效性、高效性。应用行波法分别求解经典薄板理论和Mindlin板理论的振动控制方程,计算耦合结构的主动功率流和被动功率流,结果表明:在全频范围内,面内剪切和旋转惯量对主动功率流和被动功率流有很大影响,在进行功率流主动控制时应尽可能采用厚板理论。损耗因子的增加可以有效减少共振频率范围附近的被动功率流峰值,但对其他频率范围内的被动功率流峰值影响不大。     

三明治耦合板的能量辐射传递模型EI北大核心CSCD

该研究的目的是将能量辐射传递法(radiative energy transfer method,RETM)推广到三明治耦合板模型中。推导了三明治板的振动控制方程,获得结构的波传播特性参数。基于波法推导了三明治耦合板的能量传递系数。根据能量密度控制方程,得到能量密度和功率流强度的核函数。根据惠更斯原理,结构内部的能量可由实源辐射的直接场能量与边界虚源的反射场能量叠加得到。求解第二类Fredholm积分方程获得边界虚源的强度。数值算例结果与模态叠加和功率流分析(power flow analysis,PFA)对比,验证了所建模型的正确性和准确性。对L型耦合三明治板求解,获得其能量密度和功率流分布特征。     

相关输入时保守或非保守耦合系统的统计能量分析

传统的统计能量分析(SEA)理论不能解决保守或非保守耦合系统在相关输入时的能量分析问题。本文在相关输入形式下非保守耦合振子能量分布与功率流的研究基础上,讨论了相关输入时保守或非保守耦合系统的能量分布与功率流,推导了功率平衡方程式及各有关功率项的计算式,建立了相关输入时耦合系统的统计能量分析原理。研究结果表明,输入形式对耦合系统的能量分布和功率流的总体特征有着显著的影响。作为理论的一个应用实例,本文还对受相关激励的保守或非保守耦合板的能量问题进行了理论和实验研究。     

板结构声振响应随机能量流分析的试验验证

之前关于随机能量流分析(REFA)的研究大多基于不同方法的模型仿真,通过对单板和L型耦合板进行随机激励下的响应测试,对REFA的有效性进行研究。由于内损耗因子(ILF)是准确进行REFA数值分析的重要输入条件,提出了基于RFFA的ILF测试原理,并与经典SEA法的测试原理进行比较,基于单板试验获取了结构的ILF,并对两种方法的测试结果进行对比。L型耦合板试验则得到随机力的实测输入功率谱,将其与ILF测试值代入耦合板的REFA有限元数值模型,并考虑弯曲波与两种面内波的耦合,得到耦合板的响应预测值。L型耦合板弯曲响应的预测值与实测结果在整个试验频段上均较为吻合,表明REFA具有很好的预测精度。     

功能梯度耦合梁的能量辐射传递模型

研究的目的是将能量辐射传递方法(RETM)拓展应用于功能梯度材料(FGM)耦合梁的高频振动响应分析。在RETM理论中，FGM耦合梁的振动响应由能量密度和功率流强度表示，振动波场由激励点实源产生的直接场与边界虚源产生的反射场叠加而成。由FGM梁微元的能量平衡推导了能量密度及功率流强度的核函数，利用耦合处的力平衡以及位移连续性推导了能量传递系数，根据边界功率流平衡确定了边界虚源强度。数值算例计算结果与波传播分析方法(WPA)的解析解进行对比，验证了所建立模型的正确性。最后，分析了梯度指数n对FGM耦合梁能量传递系数以及高频振动响应的影响，发现n的影响主要集中在n 0～1。     

NOPD技术在转子压缩机减振中的应用研究

压缩机泵体轴系振动会导致电机气隙不均,从而引起电机电磁振动加剧。传统阻尼技术无法应用于压缩机内部的高温、高压环境。为了降低泵体轴系振动,采用非阻塞性颗粒阻尼减振技术(NOPD技术)设计专门用于泵体减振的NOPD减振器。为得到效果较优的NOPD减振器设计参数,针对某款变频压缩机设计4种不同颗粒填充数、腔体材质的NOPD减振器,安装在电机转子的平衡块位置处。整机振动实验结果表明:与未安装NOPD减振器的批量机相比,安装NOPD减振器的试制机壳体振动均明显下降。颗粒填充数量越多,减振器减振效果越好。     

船舶搁浅于台型礁石场景下双层底外底板骨材变形机理研究

以典型船舶双层底结构中外底板上的骨材为研究对象,运用塑性力学解析理论推导和数值仿真技术,研究外底板上骨材在船舶搁浅于台型礁石场景下的结构损伤机理。研究中应用仿真计算方法获得骨材结构变形模态和能量耗散结果,在研究变形模态基础上建立外底板骨材塑性变形发展过程的数学模型。运用塑性力学理论获得骨材结构变形能和平均变形阻力的解析计算公式,并应用数值仿真结果进行验证。研究得到的外底板骨材变形阻力和变形能解析计算公式,对船舶双层底耐撞性结构设计和耐撞性能评估都具有一定的指导意义。